“楞次定律及其應用”探究式教學設計

1 教學目標

1.1 知識與技能

（1）理解楞次定律的內容；

（2）理解楞次定律與能量轉化和守恒定律相符合；

（3）會用楞次定律解答簡單的有關問題；

（4）揭示電磁感應的“來拒去留”特性。

1.2 過程與方法

（1）經歷楞次定律由來的實驗探究過程，讓學生感受科學探究的艱辛和成功的喜悅；

（2）掌握發現、總結物理規律的方法之一（實驗歸納法），訓練物理思維方法（分析、比較、抽象、概括等）。

1.3 情感態度與價值觀

（1）激發探究創新欲望，樹立發現自然規律，創造美好世界的情感；

（2）將電磁感應現象“來拒去留”特性人性化，使學生感受自然界的人文情懷，體驗人和自然的和諧統一性，樹立保護自然、保護地球，美化環境，提高人類生命質量的意識。

（教學說明：新課標總目標是提高全體學生的科學素養。三維度教學目標是：知識與技能，過程與方法，情感態度與價值觀。教學理念突出體現“探究性、主體性、發展性、和諧性”。）

2 重點難點

重點 楞次定律的內容、探究過程與科學研究方法和思維方法；

難點 楞次定律的實驗探究過程以及楞次定律的“阻礙”特性和實質性理解（楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現象中的反映）。

3 實驗器材 螺線管、條形磁鐵、G表、導線若干（學生每兩人一組）

4 教學過程

4.1 設計情景，提出問題

回顧電磁感應中的三個實驗，提問設疑：

（1）產生電磁感應的條件是什么？（舊問題）

（2）下面兩圖中感應電流的方向怎么判定？（新問題）

（教學說明：從熟悉的現象中提出問題，遇到不能解決的新問題，激起學生探究新規律的欲望，促使學生像科學家那樣去“主動發現”。）

對于圖1，學生很容易用右手定則判定感應電流的方向，而對于圖2則不會。這時指出，右手定則具有局限性，那么，有沒有判定感應電流方向普遍適用的規律呢？

投影課題 探尋判斷感應電流的方向的新規律——楞次定律

4.2 啟發猜想，尋找目標

要判定感應電流的方向，應找什么關系呢？

先讓學生思考、猜想，學生感到困惑，教師引導學生從感應電流的產生條件出發，進行分析。

如圖2所示，螺線管與靈敏電流表組成的閉合電路，當條形磁鐵上下移動或左右移動時，穿過螺線管內的磁通量發生變化，就會產生感應電流。磁通量變化與感應電流是因果關系；磁場中的相互作用是通過磁場發生的，從而猜想用磁感應強度B來表達，于是，找到兩個磁場：感應電流的磁場B感和引起感應電流的原磁場B原。

投影 因果關系圖



磁通量變化產生感應電流，感應電流激發感應磁場，那么，感應磁場與原磁場有什么關系呢？

（教學說明：教師適當點撥，盡可能讓學生作發散性思考。然后引導學生進行科學合理的分析、推理、比較，找出適合表達的相關物理量。這是科學研究的前奏過程。）

4.3 實驗探究，發現規律

（1）引導分析，選擇裝置

只要閉合回路有磁通量變化，電路中就產生感應電流。引起回路磁通量變化的方式有很多，根據φ=BSconθ，可以是磁場變化，或有效面積變化，或兩者都變，或B、S都不變θ變化。不管那一種方式都應遵循同樣的規律，因此可以選擇一種進行實驗探索。我們選擇“條形磁鐵與螺線管的相對運動引起電磁感應”這一裝置（如圖2所示）。

（2）認識用途，明確方向

①實驗中要記錄哪些物理量以及它們的方向與變化情況？

由前面的分析得：有Δφ（B原）、Ι感、B感等。

②Ι感用什么顯示？其方向怎么判斷？

用G表顯示，先要確定電流與G表指針偏轉的關系：電流正接線柱流入時，指針向左偏，電流負接線柱流入時，指針向右偏。

③明確器材用途

條形磁鐵：在螺線管內產生磁場B原；

螺線管與G表：Δφ≠0，則Ι感≠0；由G表指針偏轉方向判定感應電流的方向；

螺線管的繞向：由Ι感的方向，根據右手螺旋定則可推知B感的方向；

（教學說明：這是一個實驗探究過程，可以讓學生自主設計實驗方案，展開討論，完善設計，深化思維；教師要作適當引導。對個別有困難的學生進行個別指導，盡可能讓每位學生自己設計，讓他們得到一種科學探究的體驗，感受探究的艱難，同時也嘗到成功的喜悅。體現“主體性、探究性、發展性”。）

（3）實驗探索，列表比較

學生每兩人一組進行實驗，并記錄現象。

條形磁鐵的運動方向穿過螺線管的B原的方向穿過螺線管的⊿φ螺線管中Ι感方向（俯視時）感應電流的B感的方向B感與B原的關系結論

N極插入向下增大逆時針向上相反阻礙增大

N極拔出向下減小順時針向下相同阻礙減小

S極插入向上增大逆時針向下相反阻礙增大

S極拔出向上減小順時針向上相同阻礙減小

阻礙變化

（4）分析歸納，發現規律

從分組實驗中抽樣，將記錄結果向全班展示，并引導學生進行分析：如圖4所示，當磁鐵的N極或S極插入螺線管時，螺線管中的原磁通量增加，B感與B原反向；當磁鐵的N極或S極離開螺線管時，螺線管中的原磁通量減小，B感與B原同向。感應電流的磁場仿佛總在與原磁通量的變化（增減）唱“反調”，即從螺線管的原磁通量的變化來看，反映出果對因的阻礙作用。到此，可把“阻礙增大”或“阻礙減小”填入上表“結論”欄中，并把圖3“？”改為“阻礙”。



（教學說明：3、4兩步是實驗探究實質性過程，盡量要求學生自己通過實驗探索、記錄結果，分析、比較、歸納、概括，得出規律，讓學生的思維模式向科學家的思維模式順應，使他們受到科學方法教育，并使他們在心理、態度、情感等非智力因素方面得到潛移默化的鍛煉，從探究中獲得經驗，掌握方法，提高能力。展示課件，動態模擬，形象直觀，加深對實驗結論的理解和記憶。）

總結規律 在其他電磁感應現象中也有相同的規律。凡是由磁通量增加引起的感應電流，感應電流激發的磁場就阻礙原來磁通量的增加；凡是由磁通量減少引起的感應電流，感應電流激發的磁場就阻礙原來磁通量的減少。歸納、概括起來就是：

感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。這就是物理學家楞次在1834年所得到的結論，稱為楞次定律。

要引導學生理解好楞次定律的4個層次：第一是誰阻礙誰？感應電流的磁場阻礙原磁通量的變化；第二是怎么阻礙？當原磁通量增加時，感應電流的磁場與原磁場方向相反，當原磁通量減小時，感應電流的磁場與原磁場方向相同；第三是為什么阻礙？楞次定律受能量守恒定律的制約，能量不可能無中生有；第四是怎么應用？

4.4 總結方法，指出特性

閱讀課本，抓住關鍵詞“阻礙”、“變化”，理清因果關系；同時結合以上探究性實驗過程，進一步理解相關物理量及其關系，并通過簡單實例的分析總結出應用楞次定律判斷感應電流方向的一般步驟：

（1）確研究對象（哪一個閉合回路）；

（2）B原的方向以及穿過閉合回路的磁通量的變化情況（Δφ增加還是減小）；

（3）根據楞次定律的“阻礙”特性判斷出B感的方向；

（4）根據安培定則判斷出Ι感的方向。

例1 如圖5所示，導體桿ab向右運動時，試判斷電路中產生的感應電流方向。

用兩種方法判斷：

方法一：運用楞次定律（通過解題總結出判定步驟：四步法）

方法二：運用右手定則

用楞次定律判定感應電流的方向跟用右手定則判斷的結果是一致的（導體桿中的感應電流方向為b→a）。右手定則可看作是楞次定律的特殊情況。對于閉合電路的一部分導體切割磁感線而產生感應電流的情況，用右手定則來判斷感應電流的方向比用楞次定律簡便，但楞次定律具有普適性。

例2 天花板下方有一個正方形磁場區域，矩形金屬線框用輕繩懸掛于O點，試判斷當金屬框從左邊進入磁場和從右邊離開磁場時，金屬框中的感應電流的方向和金屬框所受安培力的方向。

學生容易判斷出感應電流方向和安培力的方向，如圖6所示。可見，金屬框不管是進入磁場，還是離開磁場，它所受安培力均阻礙金屬框的運動。若分析者站在磁場內，當金屬框從左邊要進入磁場時，磁場的安培力拒絕金屬框進來（形象地稱作“來拒”），當金屬框從右邊要離磁場而去的時候，安培力拉住金屬框，企圖不讓金屬框離去（形象地稱作“去留”）。



（教學說明：通過簡單的實例分析，歸納出判斷感應電流方向的步驟，并使學生認識到分析思路步驟、方法都是由物理規律本身決定的，是物理規律內涵的具體體現。知識、方法的完美結合、和諧統一，使學生的知識結構科學有序，再通過應用（變通和遷移）逐步形成分析解決問題的能力。）

接著，提出問題思考：

（1）電磁感應的這種“來拒去留”特性，符合能量守恒定律嗎？ 

安培力是阻力，金屬框進入和離開磁場時，均要克服安培力做功，實現機械能向電能轉化，符合能量轉化和守恒定律。楞次定律實質上是能的轉化和守恒定律在電磁感應現象中的體現。

（教學說明：任何物理現象，任何物理過程均與能量守恒定律相符，使學生牢固樹立能量守恒的思想。）

（2）電磁感應的這種“來拒去留”特性，與人的心理狀態是否相似呢？

班上來了一位插班生，你心里會想：為什么插到我們班來呢？不來不是很好嗎？表現出“來拒”的心理狀態。要是他（或她）已讀了一年半載，轉學去別校學習的時候，你一定又會表現出“去留”的心理狀態。這就是人的“來拒去留”心理特性，與自然規律具有的特性相似。分析到此，我向學生指出：社會變化會引起人們心理狀態的變化，但是，因為自然規律具有客觀性、不變性，所以，人們與自然規律相似的心理狀態永遠不會變，人和自然是和諧統一的！（學生鼓掌）

（教學說明：認識人和自然和諧統一性，使學生產生對自然的親近感，增強主動探索發現自然規律，按規律辦事，保護環境，保護地球的意識。）

4.5 課堂總結，提升能力

(1)過程方法總結：

（2）知識技能總結

楞次定律 內容：感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化（概括、嚴謹）內涵：B感阻礙Δφ（理解關鍵）外延：與能量守恒定律相符，具有普適性應用：（1）楞次定律與安培定則結合才能判斷Ι感方向

（2）分析步驟（四步法）

（知識結構化，促使學生認識有序化，有助于學生記憶、理解、應用、遷移。）

（3）情感價值總結

人和自然規律和諧統一，人們探究、發現規律，是為了利用規律改造自然，創造與人和諧統一的美好世界。

（體現物理課堂的人文性、教育性價值，培養學生熱愛大自然，創造美好世界的情感。）

（教學說明：把一節課完整的發現過程模式和知識方法結構總結一下，畫龍點睛，起到點金術的作用，有利于學生形成知識組塊，提高整體直覺思維能力、自學能力和遷移能力。教知識不是目的，“教是為了不教”，通過物理知識教學，遵循探究發現物理規律的基本過程和方法， 重視物理方法教育、學習方法指導和物理深層次理性思維的培養，使學生逐步掌握符合物理學科本質的探究性學習方法，形成科學的學習觀，發展學生智力，提高學生的科學素養、終身學習能力和類科研能力，樹立正確的人生觀、價值觀和科學發展觀，為人類創造美好生活的精神意境和物質環境，才是物理教學的真正目的和最高境界！)

4.6 布置作業，課后提高

（1）閱讀：人教版普通高中新課標教科書物理必修3-2第四章第3節楞次定律；

（2）必做題：P13、14（1）（4）(5) (7)；

（3）選做題：從物理學史看楞次定律的發現過程。